智能数显压力变送器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及压力检测领域，具体提供了一种智能数显压力变送器，包括压力传感器、微处理器CPU、液晶显示模块、PWM信号处理模块、通讯输出模块、XTR115芯片、按键设计模块，XTR115芯片的输出端与压力传感器的输入端连接，XTR115芯片的输入端与PWM信号处理模块的输出端连接，微处理器CPU的输出端与液晶显示模块、PWM信号处理模块和通讯输出模块的输入端连接，微处理器CPU的输出端与PWM信号处理模块、通讯输出模块和液晶显示模块的输入端连接。本实用新型既可以做到现场显示，又可以电流远距离传输、还可以直接RS485通讯接口PLC、工控机等。
【专利说明】智能数显压力变送器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及压力检测领域，具体涉及一种智能数显压力变送器。
【背景技术】
[0002]智能数显压力变送器的设计和开发、已经有很多类型和款式，但是目前市场上现有的智能数显压力变送器、以带HART协议的比较多，而且大部分都是进口品牌产品、带RS485通讯的就相当少。HART协议、早年主要应用在压力方面、所以在同一 DCS控制系统、只能将多种通讯协议同时共存使用；这样对技术工程师的要求很高、同时工作量也增加。所以根据市场的需求、开发带RS485通讯的智能压力变送器，就成为必要。问题的核心在于低功耗、既要满足带RS485通讯、又要二线制输出电流DC4?20mA、还要现场直接数字显示；即保证产品输出电流不超过最小4mA时、都能正常工作。
实用新型内容
[0003]针对上述技术问题，本实用新型提供了一种智能数显压力变送器，可以做到现场显示，又可以电流远距离传输，还可以直接RS485通讯接口 PLC、工控机等。
[0004]本实用新型提供一种智能数显压力变送器，包括压力传感器、微处理器、液晶显示模块、PWM信号处理模块、通讯输出模块、XTR115芯片、按键设计模块，XTR115芯片的输出端与压力传感器的输入端连接，XTRl 15芯片的输入端与PWM信号处理模块的输出端连接，微处理器的输出端与液晶显示模块、PWM信号处理模块和通讯输出模块的输入端连接，微处理器的输出端与PWM信号处理模块、通讯输出模块和液晶显示模块的输入端连接。
[0005]所述微处理器为MSP430单片机。
[0006]所述XTR115芯片的I脚连接有运算放大器U2，压力传感器包括由4个可调电阻组成的惠斯通桥电路，所述惠斯通桥电路输入端与运算放大器U2的反馈电阻Rs两端连接，所述惠斯通桥电路输出端经运算放大器U3与微处理器的引脚P2.1连接。
[0007]所述PWM信号处理模块包括由电阻RlO和的电容C4、C5组成的π型滤波器以及运算放大器U4，微处理器的引脚Ρ1.3经电阻R9和型滤波器与运算放大器U4的输入端连接，运算放大器U4的输出端经电阻Rl5与XTRl 15芯片的2脚连接。
[0008]所述XTRl 15芯片的8脚与三端稳压器U5连接。微处理器的Ρ3.0-3.2引脚分别与三个按键控制连接。微处理器的Ρ3.4-3.6引脚与通讯输出集成块连接，通讯输出集成块采用SP485芯片，采用RS485通讯方式，Modbus-RTU协议。
[0009]所述XTR115芯片的5、6、7脚分别与三极管Ql的发射极、基极和集电极连接，XTRl 15芯片的8脚经二极管Dl与24V电源正极连接，XTRl 15芯片的4脚与24V电源负极连接，XTRl 15芯片的8脚和4脚之间连接有电容Cl。
[0010]所述微处理器的端口 Pl.0-1.2与液晶显示模块连接。运算放大器U2、U3、U4采用微功耗的双运算放大器AD 8506。
[0011]本实用新型包括采集压力信号的压力传感器、低功耗微处理器、特殊定制的液晶显示模块、通讯输出接口、专用芯片U1、两线制输出标准的直流信号DC 4?20mA。专用芯片Ul输出2组稳压源，5V和2.5V，主要给液晶显示模块、压力传感器供电，并自带V/I转化；微功耗微处理器、自带10位A/D转换电路，通过软件优化处理，显示测量精度可以控制在0.2% FS以内；通讯输出模块，RS485通讯方式，Modbus-RTU协议、可以通过485转232、或485转USB可直接和工控机相连接；通过按键操作，还可以任意修改压力变送器显示量程、单位、小数点位置等参数；既可以做到现场显示，又可以电流远距离传输、还可以直接RS485通讯接口 PLC、工控机等，广泛应用在石油、化工、制药、食品、造纸等领域和需要压力显示监测的场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型示意图
[0013]图2为本实用新型电路连接示意图
[0014]1-压力传感器，2-微处理器，3-液晶显示模块，4-PWM信号处理模块，5_通讯输出模块，6-XTR115芯片，7-按键设计模块。
【具体实施方式】
[0015]下面结合说明附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明:
[0016]本实用新型提供了一种智能数显压力变送器，包括压力传感器1、微处理器2、液晶显示模块3、PWM信号处理模块4、通讯输出模块5、XTRl 15芯片6、按键设计模块7，XTRl 15芯片的输出端与压力传感器的输入端连接，XTRl 15芯片的输入端与PWM信号处理模块的输出端连接，微处理器的输出端与液晶显示模块、PWM信号处理模块和通讯输出模块的输入端连接，微处理器的输出端与PWM信号处理模块、通讯输出模块和液晶显示模块的输入端连接。XTR115芯片具有2组电压为5V和2.5V的稳压电源输出，主要给液晶显示模块，通讯输出模块、按键设计模块、压力传感器提供电源。XTR115芯片自带V/I转换电路和二线制电流DC 4 ?20mA输出，电流输出公式 I out = 100Vin/Rin = 100X (VU4-l/R15+Vref2.5/R16)
[0017]上述技术方案中，微处理器为MSP430单片机。本实用新型包括运算放大器U2、U3、U4，上述运算放大器采用微功耗的双运算放大器AD 8506。
[0018]上述技术方案中，XTR115芯片连接有运算放大器U2，XTR115芯片的I脚经电阻Rl与运算放大器U2的5脚连接，运算放大器U2的5脚经电阻R2接地，电阻R2两端并联有电容C2。运算放大器U2的7脚分别与6脚、3脚连接。运算放大器U2的3脚经电阻R3接地。运算放大器U2的2脚和I脚之间连接有反馈电阻Rs。压力传感器包括由4个可调电阻组成的惠斯通桥电路，所述惠斯通桥电路输入电压即为运算放大器U2的反馈电阻Rs两端电压，所述惠斯通桥电路输出端经运算放大器U3与微处理器的引脚P2.1连接。运算放大器U2的3脚和5脚为输入端。运算放大器U3的2脚经电阻R4接地，2脚和I脚通过电阻R5连接，I脚和6脚通过电阻R6连接，6脚和7脚通过电阻R7连接。运算放大器U3的7脚经电阻R8与微处理器的引脚P2.1连接。微处理器的引脚P2.1经电容C3接地。压力传感器采用压阻式压力传感器，其相当于一个惠斯通电桥。为了降低功耗，将压力传感器设计在运算放大器U2运放的反馈电阻RS上，使其产生激励电压V+并作为压力传感器的输入电压。随着压力的变化，压力传感器的惠斯通电桥输出信号也发生变化。运算放大器U3将信号直接放大，直接输入到U6微处理器输入端口 9上。微处理器U6将接收到的信号处理后输出至PWM信号处理模块、液晶显示模块和通讯输出模块。微处理器U6采用微功耗的MSP430系列的微处理器，自带10位A/D转换电源，工作电压可以做到很低，一般为1.8?3.6V，接收来自压力传感器的输入信号后，通过软件优化处理，显示测量精度可以控制在0.2% FS以内。
[0019]上述技术方案中，PWM信号处理模块包括由电阻RlO和的电容C4、C5组成的π型滤波器以及运算放大器U4，微处理器U6的引脚Ρ1.3经电阻R9和π型滤波器与运算放大器U4的5脚连接。运算放大器U4的6脚和7脚连接，7脚经电阻Rll与3脚连接。运算放大器U4的3脚经电阻R12接地，电阻R12两端并联有电容C6。运算放大器U4的2脚经电阻R13接地，2脚经电阻R14与I脚连接，电阻R14两端并联有电容C7。运算放大器U4的I脚经电阻R15与XTRl 15芯片的2脚连接。XTRl 15芯片的I脚经电阻R16和2脚连接。XTRl 15芯片参考电压Vref = 2.5V，通过电阻R16提供一部分信号输入；运算放大器U4的输出端通过电阻R15提供一部分信号输入。微处理器U6输出PWM方波信号的同时，可将A/D转换后的信号转换成频率信号输出。当输入压力变化时，PWM信号输出的频率不变，只是脉宽发生变化、也就是改变波形的占空比。然后PWM信号通过π型滤波器的二级RC滤波，转换成直流电压信号、然后通过运算放大器U4的放大处理后，输出信号通过电阻R15进入XTRl 15 芯片 Ul0
[0020]上述技术方案中，XTRl 15芯片的8脚与三端稳压器U5连接。三端稳压器U5采用的7133稳压管包括电压输入端、电压输出端和接地端，三端稳压器U5直接将5V电压转换成3.3V电压，其5V电压输入端经电容C8接地，3.3V电压输出端经电容C9接地。3.3V的输出电压给微处理器U6的和通讯集成块U7供电，同时经限流电阻R30给液晶显示模块的特制液晶板供电。
[0021]上述技术方案中，微处理器的Ρ3.0-3.2引脚分别与三个控制按键Κ1、Κ2、Κ3连接，三个按键控制开关Κ1、Κ2、Κ3分别经电阻与3.3V电源电压连接。通过按键操作可以任意修改压力变送器测量量程、显示单位、小数点位置等参数。
[0022]上述技术方案中，微处理器的Ρ3.4-3.6引脚与通讯输出集成块连接，通讯输出集成块U7采用SP485芯片，采用RS485通讯方式，Modbus-RTU协议。SP485芯片的I脚与微处理器的Ρ3.5端口连接，SP485芯片的4脚与微处理器的Ρ3.4端口连接，SP485芯片的8脚和6脚经电阻连接，SP485芯片的7脚经电阻接地，SP485芯片的5脚直接接地。SP485芯片的87脚和6脚为本实用新型通讯输出端。本实用新型可以通过485转232、或485转USB直接和工控机相连接；通讯波特率默认为常用的9600bps。
[0023]上述技术方案中，XTRl 15芯片的5、6、7脚分别与三极管Ql的发射极、基极和集电极连接，XTRl 15芯片的8脚经二极管Dl与24V电源正极连接，XTRl 15芯片的4脚与24V电源负极连接，XTR115芯片的8脚和4脚之间连接有电容Cl。24V电源的正负极输出4_20mA的直流电。
[0024]上述技术方案中，微处理器的端口 Pl.0-1.2与液晶显示模块连接。液晶显示模块的液晶板特殊定做，采用HT1621作为LCD驱动芯片，正四位LCD设计，最大显示范围-1999?9999。另设计有显示单位KPa、MPa、m(预留给液位、米)、°C (预留给温度、摄氏度)等四种小数点位置，任意选择，最多可以带3位小数点、即整数、一位0.0、二位0.00、三位0.0OOo
[0025]上述技术方案中，运算放大器U2、U3、U4采用微功耗的双运算放大器AD 8506。
[0026]本实用新型全部采用软件校准、无电位器设计，操作菜单中有校准的菜单、输入校准、校压力变送器的量程，采用2点式校准，直接校准最小压力零点和最大压力量程两个端点信号。输出校准、校输出信号DC 4?20mA也采用2点式校准，直接校准输出4mA零点和20mA满度。输出信号的量程变化与数字显示范围的变化直接呈线性变化、显示与输出一一对应关系。
[0027]因为是采用软件校准、无电位器设计、所以在正式校准之前、必须简单的判断硬件的正确性，当硬件出现异常的时候，会出现无法校准的现象；所以在整个电路中设计了几个监测点、判断硬件电路是否正常。如稳压源的检查、5V、3.3V、2.5V等、同时分别检查运算放大器U2、U3、U4的7脚电压输出和I脚电压输出。为了提高抗干扰能力、产品设计了软件滤波、使产品显示更加稳定、可靠、提高产品的适用性。
[0028]显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种智能数显压力变送器，其特征在于包括压力传感器、微处理器、液晶显示模块、PWM信号处理模块、通讯输出模块、XTRl 15芯片、按键设计模块，XTRl 15芯片的输出端与压力传感器的输入端连接，XTRl 15芯片的输入端与PWM信号处理模块的输出端连接，微处理器的输出端与液晶显示模块、PWM信号处理模块和通讯输出模块的输入端连接，微处理器的输出端与PWM信号处理模块、通讯输出模块和液晶显示模块的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的智能数显压力变送器，其特征在于微处理器为MSP430单片机。
3.根据权利要求2所述的智能数显压力变送器，其特征在于XTRl15芯片的I脚连接有运算放大器U2，压力传感器包括由4个可调电阻组成的惠斯通桥电路，所述惠斯通桥电路输入端与运算放大器U2的反馈电阻Rs两端连接，所述惠斯通桥电路输出端经运算放大器U3与微处理器的引脚P2.1连接。
4.根据权利要求2所述的智能数显压力变送器，其特征在于PWM信号处理模块包括由电阻RlO和的电容C4、C5组成的型滤波器以及运算放大器U4，微处理器的引脚P1.3经电阻R9和型滤波器与运算放大器U4的输入端连接，运算放大器U4的输出端经电阻R15与XTRl 15芯片的2脚连接。
5.根据权利要求2所述的智能数显压力变送器，其特征在于XTRl15芯片的8脚与三端稳压器U5连接。
6.根据权利要求2所述的智能数显压力变送器，其特征在于微处理器的P3.0-3.2引脚分别与三个按键控制连接。
7.根据权利要求2所述的智能数显压力变送器，其特征在于微处理器的P3.4-3.6引脚与通讯输出集成块连接，通讯输出集成块采用SP485芯片，采用RS485通讯方式，Modbus-RTU 协议。
8.根据权利要求2所述的智能数显压力变送器，其特征在于XTR115芯片的5、6、7脚分别与三极管Ql的发射极、基极和集电极连接，XTRl 15芯片的8脚经二极管Dl与24V电源正极连接，XTRl 15芯片的4脚与24V电源负极连接，XTRl 15芯片的8脚和4脚之间连接有电容Cl。
9.根根据权利要求2所述的智能数显压力变送器，其特征在微处理器的端口Pl.0-1.2与液晶显示模块连接。
10.根根据权利要求2所述的智能数显压力变送器，其特征在于运算放大器U2、U3、U4采用微功耗的双运算放大器AD 8506。
【文档编号】G01L19/08GK204228303SQ201420429645
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】陈龙军, 李梓固 申请人:武汉松野智能仪表有限公司